在你清醒 material的每一秒，你的大脑都会产生持续不断的电活动流。在这个活动流中，蕴含着一些微小的、可重现的信号，这些信号是对你周围特定事件（如一次点击、一闪光、皮肤上的一次触摸）做出的直接反应。
这些反应被称为诱发电位，它们是神经科学中测量最精准的时间指标之一。
什么是诱发电位？
诱发电位是紧随外部刺激之后发生的 EEG 电压的明显、可测量的变化。 “诱发”指的是因果触发：发生了某事，大脑做出了反应。 同时，“电位”是指在头皮上的记录电极之间产生的电位差。
使该信号在科学上有用的是一种称为刺激锁定定时特性。 神经反应在短暂的、合理可预测的延迟后跟随刺激，并且总是参照刺激开始的时刻来衡量。
在实际操作中，研究人员通过耳机播放音调或在屏幕上闪烁视觉图案，将每个脑电图（EEG）时间段与施加刺激的确切瞬间对齐。 在该对齐点后不久出现的任何一致的电学变化都被视为诱发反应的一部分。
这与大脑持续的主动自发活动有本质的不同。 无论是否存在刺激，大脑都会持续产生电场。
诱发电位是一种微小的、时间锁定的反应，它叠加在通常的背景活动之上。 无论是否发生刺激，自发活动都会持续。 诱发电位的出现仅仅是因为发生了刺激。
诱发电位可以通过两种广泛的方式触发：
自然感觉输入：声音、视觉图案、触摸。
对皮层的直接实验刺激：例如经颅磁刺激中使用的磁脉冲。
诱发电位来自何处
头皮记录的诱发电位是大量皮层神经元群体的总电活动。
这种累加活动的主要来源是突触后电位。 当一个神经元向另一个神经元发送信号时，接收神经元在其突触处经历微小的电学变化。 这种突触后电位是神经元交流的基本货币。
在皮层中，最大且最有序的贡献者是锥体细胞，这是一类在皮层表面形成分层排列的兴奋性神经元。 这种几何规则性使它们的突触后电位能够相加形成相干的电场。
然后，这些局部电场在周围的大脑组织中传播，穿过缓冲大脑的脑脊液，穿过颅骨，最终到达头皮。
诱发电位测试的类型
所选择的诱发电位测试类型取决于正在检查的感觉系统或神经通路。 每种方法使用不同的刺激，并从选择捕获相关反应的位置记录活动。
虽然这些程序具有共同的原理，但它们的准备、波形模式和临床用途有所不同。 主要类别是视觉、听觉和体感测试。
视觉诱发电位 (VEP)
视觉诱发电位评估沿着视觉通路（从眼睛通过视神经和视觉结构向大脑后部）产生的电活动。 通常的方案是呈现一个图案化的屏幕，但具体的刺激可能因测试环境而异。 头皮上的电极会在个人专注于视觉目标时记录大脑的反应。
当视觉症状无法解释或临床医生正在评估视神经或中枢视觉通路的可能受损时，VEP 测试可以帮助提供功能信息。 结果不是视力敏锐度的直接衡量标准，并且正常的记录不能排除每一种眼睛或大脑疾病。 注意力、视觉注视、屈光不正矫正和刺激的清晰度等因素都会影响波形。
脑干听觉诱发电位 (BAEP) 测试
脑干听觉诱发电位测量声音穿过听神经和脑干通路时产生的电反应。 通常通过耳机呈现咔哒声或基于音调的声音，头皮电极记录每次声音后短时间内发生的一系列反应。 波形包含几个峰，其出现时间可以提供关于听觉通路连续部分传导的信息。
当需要评估听觉通路功能而不完全依赖人的行为反应时，BAEP 测试很有用。 它可用于特定的神经学评估、听力评估以及配合度有限的情况。 由于记录对刺激水平、耳朵状况、电极放置和电噪声敏感，因此必须将结果与其他听力和神经学信息结合起来考虑。
体感诱发电位 (SSEP)
体感诱发电位评估将感觉从肢体传导至脊髓和大脑的通路。 温和的电脉冲传递给周围神经（通常在手腕或脚踝处），同时在沿途的几个点记录反应。 产生的信号可以帮助评估通过周围神经、脊髓结构和中枢感觉通路的传导是否得以保留。
当临床医生需要关于脊髓或感觉通路完整性的功能信息时，SSEP 测试尤其相关。 它也可以在特定的手术过程中使用，以随时间监测通路功能。 该测试并不测量感觉的每个方面，并且异常反应必须与温度、肢体位置、周围神经疾病、药物或技术干扰引起的影响区分开来。
测量诱发电位的挑战与变量
定义诱发电位的群体信号总是嵌入在大脑持续的自发电活动中，并且该背景通常比其包围的反应更大。
这给实际操作带来了挑战。 如果自发 EEG 大于诱发反应，单次试验通常无法清楚地揭示刺激锁定信号。
经典的解决方案是信号平均，即多次呈现相同的刺激。 每个脑电图时间段都与刺激开始的确切时刻对齐，并将得到的试验进行平均。
在每次试验中以相同潜伏期出现的诱发反应在平均过程中得以保留。 而不与刺激同步的自发活动往往会相互抵消。
单单次试验分析与信号处理
虽然几十年来平均法一直是标准方法，但这并非唯一途径。 采用适当的信号处理方法，单次试验分析是可行的。
由 Başar 等人进行的一项研究关于 40 Hz 自发活动和听觉诱发电位，报告称所应用的信号分析方法能够对结合的 EEG 和诱发电位时间段进行单次试验检查，而不需要大量的平均波形。 单次试验方法之所以重要，是因为它们保留了平均法会抹去的试验间变异性。
该研究的作者还指出，他们的方法可以扩展到认知过程的研究中，在这些研究中，有意义的信号可能会在不同试验之间发生变化。
刺激前大脑状态的影响
大脑的刺激前状态可以塑造随后的反应大小。 一项针对四名临床健康成年男性的经颅磁刺激研究探索了这种联系。 研究人员在以 100% 运动阈值（能可靠触发肌肉反应的脉冲强度）和 0.1 Hz 的频率向左侧运动皮层输送磁脉冲的同时，记录了 EEG 和肌电图。
他们发现：
与高 alpha 功率呈显著负相关（−0.22）
与 gamma 功率呈显著正相关（+0.17）
与低 gamma 与高 alpha 的比值相关性最强（0.27）
作者将这些相关性解释为皮层兴奋性的可能指标。 处于激活状态的大脑（具有相对较多的 gamma 活动和较少的 alpha 活动）对刺激脉冲的反应可能更强烈。 由较慢的 alpha 节律主导的大脑可能表现出较小的反应。
但这些相关性并不高，且样本只有四名参与者。 研究结果表明，刺激前的频带与诱发反应大小之间存在真实的关系，但它们不能单独作为一个定论模型。
究竟什么被诱发了？
第二个核心挑战是首先确立究竟什么被诱发了。
并非每个标记为“诱发”的电位都是纯粹由预期的刺激产生的。 许多大脑刺激技术带有内置的感觉副作用，这些副作用本身就可以触发大脑反应。
经颅磁刺激 (TMS) 是一个有用的案例研究。 TMS 使用短暂的磁脉冲来刺激目标皮层区域的神经元群体。 但磁线圈也会发出巨大的咔哒声，并且脉冲会在头皮上产生物理感觉。
这两种外周效应本身都是感觉事件。 咔哒声激活听觉系统，头皮感觉激活体感系统。
这种模棱两可的重要性在 2019 年的一项实验中得到了证实，该实验涉及 17 名健康的年轻个体。 研究人员在两个皮层区域（左后顶叶皮层和额上回）施加了真实的 TMS，并记录了对模拟咔哒声和头皮感觉、但不产生经颅脉冲的逼真伪刺激的反应。 他们应用了标准的预防措施，包括在线圈下方垫一层泡沫和听觉噪声掩蔽。
然而，尽管采取了这些措施，真实 TMS 诱发的皮层电位与逼真伪 TMS 诱发的电位非常相似。 反应的早期和晚期成分的颞部和空间特征都相匹配。
这并不意味着诱发电位是无效的。 这意味着记录到的反应并不自动是对预期刺激的反应。 该研究作者得出结论，在 TMS-EEG 设计中需要外周多感觉对照条件，以将经颅成分与非经颅成分区分开来。 这一逻辑延伸到任何需要隔离目标通路、且带有感觉副作用的刺激方法。
为什么诱发电位很重要
上述方法学上的谨慎并不是拒绝诱发电位的理由。 这正是它们保持有用性的部分原因。 一个能够被精确计时、记录和控制的信号，就是一个可以被应用的信号。
在研究和临床领域，诱发电位通常用于：
测试感觉通路是否完整
在医疗程序中监测大脑反应
设计脑机接口
感觉通路测试背后的逻辑是，如果刺激沿着一条健康的路径从感觉器官传导到大脑，那么在预期的潜伏期应该会出现一个时间锁定的反应。 延迟或缺失的反应可能表明沿该路径的某处存在中断。
为什么刺激锁定信号塑造了实用神经科学
在神经科学中，诱发电位表明，大脑对外界世界的反应可以通过头皮上精确计时的电学变化来测量。 这些信号产生于数千个共同作用的皮层神经元，使其成为观察群体水平大脑活动、而非任何单一细胞放电的可靠窗口。
使其具有可识别性的相同定时特性也带来了核心的科学挑战：自发的大脑节律通常更大，因此分离锁定反应需要重复试验或细致的单次试验分析。 当刺激带来感觉副作用时，研究人员也需要对照条件，因为记录的反应可能反映了这些额外的影响，而不是仅仅反映预期的刺激。
在刺激到达之前，大脑的持续状态就可以决定后续反应的大小，在所评估的研究中，较快的频带与较强的反应相关。 这表明大脑不单单是被动的；其在输入瞬间的内部节律会影响测量结果。
此外，像脑机接口这样的实用工具可以使用诱发电位的频率锁定特性进行实时监测，例如通过 EEG 功率的变化来检测疲劳。 尽管如此，最强有力的证据支持基本信号特性，而许多更广泛的应用虽有前景，但尚未得到完全证实。
参考文献
Başar, E., Rosen, B., Başar-Eroglu, C., & Greitschus, F. (1987). The associations between 40 Hz-EEG and the middle latency response of the auditory evoked potential. International Journal of Neuroscience, 33(1-2), 103-117. https://doi.org/10.3109/00207458708985933
Zarkowski, P., Shin, C. J., Dang, T., Russo, J., & Avery, D. (2006). EEG and the variance of motor evoked potential amplitude. Clinical EEG and neuroscience, 37(3), 247-251. https://doi.org/10.1177/155005940603700316
Conde, V., Tomasevic, L., Akopian, I., Stanek, K., Saturnino, G. B., Thielscher, A., ... & Siebner, H. R. (2019). The non-transcranial TMS-evoked potential is an inherent source of ambiguity in TMS-EEG studies. Neuroimage, 185, 300-312. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2018.10.052
常见问题
什么是诱发电位？
诱发电位是紧随外部刺激（如光、声音或触觉）之后、并对该刺激做出反应而发生的脑电图电压的明显、可测量的变化。 它是“刺激锁定的”，这意味着它在刺激之后有可预测的延迟。
诱发电位与大脑自发活动有何不同？
自发活动是大脑持续不断的电场流，无论外部刺激如何都会发生。 诱发电位是对特定事件的微小、精确计时的反应，它叠加在这种背景活动之上。
为什么在脑电图研究中使用信号平均法？
自发的大脑活动通常比微小的诱发反应要大，这使得在单次试验中很难看清。 多次呈现刺激并对各个时间段进行平均会使随机的、不同步的自发活动相互抵消，而一致的、刺激锁定的诱发电位则得以保留。
可以对诱发电位进行单次试验分析吗？
可以。 虽然信号平均法是传统方法，但先进的信号处理方法允许进行单次试验分析。 正如 Başar 等人的一项研究所讨论的，这种方法非常有价值，因为它保留了平均法会抹去的试验间变异性，这对于研究不断变化的认知过程特别有用。
刺激前的大脑状态起什么作用？
紧接在刺激前的大脑持续活动会影响随后反应的大小。 一项经颅磁刺激研究表明，“激活的”刺激前状态（其特征是较高的 gamma 功率和较低的 alpha 功率）与更强、更易兴奋的反应相关。
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克里斯蒂安·布尔戈斯
